2021学年第三单元 海洋化学资源的综合应用学案及答案

海洋化学资源的综合利用

1．通过基础实验了解粗盐中杂质离子的去除原理，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。

2．了解从海水中提溴的原理，能应用氧化还原反应规律解答相关问题，体现宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

四川酸菜，又叫泡酸菜。味道咸酸，口感脆生，色泽鲜亮，香味扑鼻，开胃提神，醒酒去腻，老少适宜，是居家过日子常备的小菜。腌制酸菜的盐是腌制盐，某实验小组对腌制酸菜的粗盐进行提纯。

[问题探讨]

1．上图中共涉及哪些实验方法？

提示：溶解、过滤和蒸发。

2．粗盐中除含有不溶性的泥沙外，还含有可溶性的CaCl2、MgCl2、Na2SO4，利用过滤的方法提纯的粗盐是否纯净？

提示：不纯净，过滤能除去不溶性的杂质，但不能除去可溶性的杂质，故提纯后的粗盐中还含有可溶性的CaCl2、MgCl2、Na2SO4。

3．在除去上述粗盐中可溶性杂质的过程中，是否考虑除杂试剂用量问题？除杂试剂是否会引入新的杂质？

提示：除杂试剂应稍过量，这样才能使杂质离子完全变成沉淀，通过过滤除去；但过量的除杂试剂又成为新的杂质。

4．如何判断食盐水中的SO已除净？

提示：静置，取少量上层清液于试管中，加BaCl2溶液，若无沉淀生成，则说明SO已除净。

除去粗盐中可溶性杂质的原理

1．为了除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO和泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作：①过滤　②加过量NaOH溶液　③加适量盐酸　④加过量Na2CO3溶液　⑤加过量BaCl2溶液，正确的操作顺序是(　　)

A．①④②⑤③   B．④①②⑤③

C．②⑤④①③   D．④⑤②①③

解析：选C　在除去Ca2＋、Mg2＋、SO及泥沙时一定要注意加入的试剂是否会引入新的杂质离子、新的杂质离子如何除去等问题。Na2CO3一定要在BaCl2之后加入，以便除去过量的Ba2＋。另外需注意，应将所有杂质离子转化为沉淀后一次性过滤。按加入顺序，滤液中可能有过量的NaOH或Na2CO3，加入适量盐酸即可除去。

2．只用一种试剂就能鉴别出碳酸钠、氯化钡、氯化钠三种溶液，该试剂是(　　)

A．氢氧化钠   B．硝酸银

C．硫酸   D．氯化钙

解析：选C　和硫酸反应有气体产生的是碳酸钠，有沉淀产生的是氯化钡，没有现象的是氯化钠。

3．自贡盛产食盐，人类与食盐关系密切，食盐在老百姓生活和现代社会的工农业生产中均有重要作用，没有食盐的生活是不可想象的。粗盐中含Ca2＋、Mg2＋、SO以及泥沙等杂质，为了除去可溶性杂质，用以下实验步骤进行提纯：

①加适量盐酸　②加过量Na2CO3溶液　③过滤　④加过量NaOH溶液　⑤加过量BaCl2溶液

(1)步骤③实验中所用的玻璃仪器有烧杯、________、________。

(2)其中，在步骤①中涉及的离子反应方程式有_________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。

(3)除杂操作完成后，得到NaCl固体的操作方法为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)步骤③过滤所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗。(2)步骤①加适量盐酸，除去过量的氢氧根离子和碳酸根离子，则发生的离子反应为H＋＋OH－===H2O、2H＋＋CO===H2O＋CO2↑。(3)除杂操作完成后，由NaCl溶液得到NaCl固体的操作方法为蒸发结晶。

答案：(1)玻璃棒　漏斗　(2)H＋＋OH－===H2O　2H＋＋CO===H2O＋CO2↑　(3)蒸发结晶

4．实验室里需要纯净的NaCl溶液，但手边只有混有Na2SO4的NaCl固体。某学生设计了如下图所示方案：

如果此方案正确，那么：

(1)操作①是否可改为加入Ba(NO3)2溶液？为什么？________________________________________________________________。

(2)操作②的目的是________________。如何判断目的已达到？方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

为什么不过滤后再加Na2CO3溶液？理由是_____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：NaCl、Na2SO4均为易溶于水的物质，要制取纯净的NaCl溶液，可向溶液中加入过量的BaCl2溶液除去SO －。但此过程中引入了新杂质Ba2＋，故需在后续过程中把Ba2＋除去，可加入过量的Na2CO3溶液，除去多余的Ba2＋，CO －可用盐酸除去。其中操作①不能改为加入Ba(NO3)2溶液，因硝酸盐均为易溶于水的物质，在后续过程中无法除去NO。BaSO4、BaCO3均为不溶于水的白色沉淀，在这两种物质沉淀完全后进行一次过滤即可。

答案：(1)否；因为改用Ba(NO3)2会使溶液中引入新的杂质 NO，后续操作中无法除去

(2)除去过量的Ba2＋　沉淀反应后，用试管取出上层清液，再加入CaCl2溶液，若产生白色沉淀，则可确认Na2CO3已过量(其他合理的试剂均可)　

减少一次过滤操作

工业上的海水资源开发利用的部分工艺流程如图所示：

流程一：

[问题探讨]

1．流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4顺序制备？为什么？

提示：否。如果先沉淀Mg(OH)2，则沉淀中会夹有CaSO4沉淀，产品不纯。

2．工业上用空气吹出法从海水中提取Br2时，为什么不能直接蒸馏溴水混合物？

提示：因为海水中Br2的浓度较低，直接蒸馏，处理量大，生产成本高，故Br2必须进行富集。 

3．溴在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳与水不互溶，但在上述工艺中却不用四氯化碳，为什么？

提示：四氯化碳萃取溴工艺复杂，设备投资大，经济效益低，环境污染严重。

流程二：在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用所给的工艺流程生产单质碘：

4．步骤③加Fe的目的是什么？

提示：使碘化银转化为碘化亚铁(FeI2)和单质银。

5．第⑤步操作提纯I2可用什么方法？

提示：由于I2单质易升华，易溶于有机溶剂，故提纯I2可用升华或萃取的方法。

1．从海水中提取溴

(1)流程

(2)发生反应的化学方程式和离子方程式

①2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl；离子方程式为 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－

②Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；

离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO －。

③2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。离子方程式为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。

[注意]　海水提取溴的过程，将Br－氧化→吹出→吸收又变回Br－，主要目的是富集溴。不能利用最初得到的含Br2的海水直接蒸馏获取液态溴，因为此时溶液中Br2的浓度较低，若直接蒸馏，处理量大，成本高。

(3)含溴物质的用途

①溴多用于制备药物、感光剂。

②溴还是制造农业杀虫剂、阻燃剂的原料。

③溴化银可被用作医疗X射线胶片上的感光剂。

2．从海水中提取镁

(1)流程

(2)主要反应的化学方程式和离子方程式

MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；离子方程式为Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓

Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。

(3)镁的原子结构与化学性质

镁的原子结构示意图为，镁原子最外层有2个电子，在化学反应中容易失去，形成镁离子。因此，镁是活泼金属，可以与某些非金属单质、酸等物质发生反应。

3Mg＋N2Mg3N2；

Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑；离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

2Mg＋CO22MgO＋C。

(4)含镁物质的用途

①镁合金因密度小，硬度和强度较大，被广泛用于制造火箭、导弹和飞机的部件等。

②氧化镁是优质的耐高温材料。

3．从海带中提取碘

(1)流程

(2)主要化学反应

2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。

(3)加碘盐中碘元素的检验

①食盐中加碘添加的是碘酸钾。

②食盐中碘元素的检验方法

反应原理：5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O

淀粉遇碘单质变蓝。

(4)含碘物质的用途

①碘是人体必需的微量元素，是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素。人体缺碘时就会患甲状腺肿大。

②碘化银用于人工降雨。

[名师点拨]

卤素离子的检验方法

(1)AgNO3溶液——沉淀法

未知液

(2)置换——萃取法

未知液加入CCl4(或汽油)

有机层呈

(3)置换——淀粉法检验I－

未知液蓝色溶液，表明有I－

1．海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

解析：选C　苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A项正确；粗盐中含有Ca2＋、SO等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶的方法可以得到纯净的NaCl，B项正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca(OH)2，不用NaOH，因为NaOH的价格较高，C项错误；Br2易挥发，用热空气和水蒸气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D项正确。

2．从海带中提取碘的实验过程中，涉及下列操作。其中正确的是(　　)

解析：选D　海带灼烧成灰应在坩埚中进行；过滤时应用玻璃棒引流；碘的苯溶液在分液漏斗中位于上层，应待下层液体放出后从上口倒出；分离碘并回收苯应用蒸馏的方法。

3．甲、乙、丙三种溶液中各含有一种X－(X－为Cl－、Br－或I－)，向甲中加入淀粉和氯水，溶液变为橙红色，再加丙溶液，颜色无明显变化。则甲、乙、丙依次含有(　　)

A．Br－、I－、Cl－   B．Br－、Cl－、I－

C．I－、Br－、Cl－   D．Cl－、I－、Br－

解析：选A　向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙红色，应该是溴水的颜色，则甲中必含有Br－，Br－被Cl2氧化生成Br2，再加丙溶液，颜色无明显变化，说明丙溶液中不含I－，否则I－会被Br2氧化生成I2，溶液显蓝色，与题给条件不符，则丙溶液只能含Cl－，I－必在乙溶液中，故A符合题意。

4．目前世界上60%的镁是从海水中提取的。海水提镁的主要流程如下：

已知：①MgCl2晶体的化学式为MgCl2·6H2O；

②MgO的熔点为2 852 ℃，无水MgCl2的熔点为714 ℃。

(1)操作①的名称是________，操作②的名称是________、________、过滤。

(2)试剂a的名称是________。

(3)工业上是将氢氧化镁转变为氯化镁，再电解氯化镁来制取镁单质，而不采用加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融MgO的方法制金属镁。其原因是________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)从沉淀池中把难溶性的固体Mg(OH)2与可溶性液体物质分离的操作是过滤。从MgCl2溶液分离得到固体溶质，操作②是蒸发浓缩、冷却(或降温)结晶。(2)溶解固体Mg(OH)2使之转化为MgCl2溶液需要加入的试剂a是HCl溶液。(3)MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本。

答案：(1)过滤　蒸发浓缩　冷却(或降温)结晶

(2)HCl溶液(或盐酸)　(3)MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本

[分级训练·课课过关]________________________________________________________

1．下列关于粗盐提纯的说法正确的是(　　)

A．溶解粗盐时，应尽量让溶液稀些，防止食盐不完全溶解

B．滤去不溶性杂质后，将滤液移至坩埚内加热浓缩

C．当蒸发到剩余少量液体时，停止加热，利用余热将液体蒸干

D．将制得的晶体转移到新制过滤器中用大量水进行洗涤

解析：选C　A项，溶解粗盐时，在保证粗盐溶解的前提下应尽量少加水，避免蒸发时困难；B项，该操作应在蒸发皿中进行，利于水分的挥发；D项，用大量水洗涤会造成食盐损失过多。

2．下列从海水中提取镁的方法，正确的是(　　)

A．海水Mg(OH)2Mg

B．海水MgCl2溶液―→MgCl2晶体Mg

C．海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→

MgCl2(熔融)Mg

D．海水Mg(OH)2MgOMg

解析：选C　本题要求学生既要知道镁是由电解熔融的氯化镁得到的，又要知道在实际生产中从海水中提取氯化镁的途径及原料的合理使用(用石灰乳而不用NaOH)。

3．溴主要以Br－的形式存在于海水中，海水呈弱碱性。工业上制备Br2的操作步骤为

①一定条件下，将Cl2通入浓缩的海水中，生成Br2；

②利用热空气将Br2吹出，并用浓Na2CO3溶液吸收，生成NaBr、NaBrO3等；

③用硫酸酸化步骤②得到的混合物。

完成下列填空：

(1)Br2可用热空气吹出，其原因是__________________。

(2)步骤③用硫酸而不用盐酸酸化的原因可能是__________________________。

补充完整NaBr与NaBrO3反应重新生成Br2的化学方程式：

5NaBr＋NaBrO3＋_______===3Na2SO4＋3Br2＋_______。

(3)步骤②的产品有时运输到目的地后再酸化，主要是因为__________________。

(4)为了除去工业Br2中微量的Cl2，可向工业Br2中________(填字母)。

a．通入HBr　　　　　　b．加入Na2CO3溶液

c．加入NaBr溶液   D．加入Na2SO3溶液

解析：(4)利用NaBr溶液与Cl2反应生成NaCl和Br2，然后分液可除去Cl2，只有c符合，其他选项会引入新的杂质。

答案：(1)溴易挥发　(2)NaBrO3中Br元素为＋5价，具有氧化性，用盐酸酸化，则盐酸可能被NaBrO3氧化　3H2SO4　3H2O　(3)Br2易挥发，对大气有污染　(4)c

4．海洋植物海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以NaI形式存在。实验室从海藻中提取碘的流程如下图所示：

(1)指出提取碘的过程中有关实验操作的名称：

①________、③________。

写出实验②中有关反应的化学方程式：______________。

(2)提取碘的过程中，不能作为从碘水中萃取碘的萃取剂的是________(填字母)。

A．四氯化碳　　　　B．酒精　　　　 C．苯

(3)为使海藻灰中的碘离子转化为含碘的有机溶液，实验室准备了烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品。还缺少的玻璃仪器是________。

解析：(1)操作①分离的是固体(不溶性)和液体，应为过滤；操作③是将碘富集到有机溶剂中，应为萃取。(2)根据萃取原理，要从含碘的水溶液中萃取碘，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶且碘在其中的溶解度大，B选项中的酒精与水互溶，不能选用。(3)按照流程图考虑每一步需要的仪器，还缺少漏斗和分液漏斗。

答案：(1)过滤　萃取　Cl2＋2NaI===I2＋2NaCl

(2)B　(3)分液漏斗、漏斗